基于HK32MCU南瑞微机继电保护器，实现电力系统计算机网络控制管理

01、微机继电保护的组成

微机继电保护的硬件是一台微型计算机，由硬件、软件组成，各种复杂的功能是由相应的程序来实现。用简单的操作就可以检验微机的硬件是否完好。同时，微机继电保护装置具有自诊断功能，对硬件各部分和存放在EPROM中的程序不断进行自动检测，一旦发现异常就会报警。通常只要接通电源后没有报警，就可确认装置是完好的，从而大大减轻运行维护的工作量。

计算机在程序指挥下，有综合分析和判断能力，而微机继电保护装置可以实现常规保护很难办到的自动纠错，自动识别和排除干扰，防止由于干扰而造成误动作。另外，微机继电保护装置有自诊断能力，能够自动检测出计算机本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。

使用微型计算机可以在系统发生故障后提供多种信息。如保护各个部分的动作顺序和动作记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等，还可以提供故障点到保护安装处的距离。这样有助于运行部门对事故的分析处理。

由于微机继电保护的特性主要由程序决定，所以不同原理的保护可以采用通用的硬件，只要改变程序就可以改变保护的特性和功能，因此可灵活地适应于电力系统运行方式的变化。

02、微机继电保护的特点

1）用于可根椐实际运行的需要配制相应保护，真正实现用户“量身定制”。

2）各种保护功能相对独立，保护定值、实现闭锁条件和保护投退可独立整定和配制。

3）可以满足库存配制有二十几种保护，满足用户对不同电器设备或线路保护要求。

4）自定义保护功能，可实现标准保护库中未提供的特殊保护，最大限度满足用户要求。

5）保护功能实现不依赖于通讯网络，满足电力系统保护的可靠性。

03、微机继电保护装置的优点

1）集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；代替了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制电缆。

2）采用32位ARM Cortex-M3 MCU，具有先进内核结构、高速运算能力和实时信号处理等优良特性。

3）支持常规的RS485总线及DeviceNet（CAN）现场总线通信，CAN总线具有出错帧自动重发和故障节点自动脱离等纠错机制，保证信息传输的实时性和可靠性。最高速率1Mbps，最长距离10km，一条总线最多允许挂接110个设备。

4）全封闭金属机箱，超薄型设计，机箱净深仅100mm，可适用安装于任何柜型，特别是环网柜。

5）表面贴工艺，重要器件（如芯片、电源模块、互感器、继电器、电容、液晶显示屏、接线端子等）均采用国外知名企业的成熟产品，平均无故障时间达100,000小时。

6）完善的自检能力，发现装置异常能自动告警；具有自保护能力，有效防止接线错误或非正常运行引起的装置永久性损坏；免维护设计，无需在现场调整采样精度，测量精度不会因为环境改变和长期运行引起误差增大。

7）国际通用输入电源模块，兼容85～264V交流或直流工作电源，更在电源跌落和电压突变方面有出色表现。

9）断路器操作回路具有交直流通用的硬件防跳闭锁模块，分/合闸操作回路的电流大小不影响模块正常工作。强化的断路器操作管理功能，对各种运行方式的变电站、配电站均能适用。

10）开关量输入支持直接跳闸或告警，用于瓦斯、温度等重要保护或联锁跳闸。采用可设置变位确认时间窗技术， 有效消除开关接点抖动和电磁干扰，保证遥信正确率达100%。

11）人机接口符合人机工程设计要求，带背光图形液晶，菜单化设计，全中文显示，合理化屏幕保护控制。显示内容包括测量数据、开关量状态、实时波形、事件记录、故障录波、保护定值和系统参数等。

12）具有事件记录功能，可记录与电力系统安全运行相关的所有事件，时间分辨率小于1ms，可在线记录事件100 条，掉电不丢失，便于分析故障原因和诊断设备缺陷。

13）具有故障录波功能，可真实记录故障前后的电流、电压、开关状态等信息，记录密度每周波24点，记录长度为故障前2周波，故障后7周波，掉电不丢失。

14）具有多套保护定值手动切换功能。

南瑞微机继电保护器实物图

产品系统框图

产品主要参数

◆产品名称：FEJ-810/L线路保护器* MCU 型号：HK32F103VET6

◆工作电压：85~265V(AC/DC)

◆控制电源：220V(AC/DC)

◆通信接口：RS485

◆测量电流：5A(额定)，过载倍数120%

◆保护电流：5A(额定)，过载倍数2000%

◆零序电流：5A(额定)，过载倍数120%

◆相电压：57.74V(额定)，过载倍数173.2%

◆零序电压：100V(额定)，过载倍数200%

HK32F103VET6产品特点

➤CPU

●ARM Cortex-M3内核

●最高时钟频率：120MHz

●24位System Tick定时器

●支持CPU Event信号输入至MCU引脚，实现与板级其它SOC CPU的联动

➤工作电压范围

●双电源域：主电源VDD为1.8 V ~ 3.6V、备份电源Vbat为1.8 V ~ 3.6V

➤工作温度范围：-40℃ ~ +105℃

➤VDD典型工作电流

●运行(Run)模式：16 mA/120MHz@3.3V（133.3uA/MHz）

●睡眠(Sleep)模式：7mA/120MHz@3.3V(58.3uA/MHz)

●停机(Stop)模式：30μA@3.3V

●待机（Standby）模式：2μA@3.3V

●关机（Shutdown）模式：100nA@3.3V

➤存储器

●最高527 Kbyte的Flash存储器

●CPU主频不高于24 MHz时，支持零等待总线周期

●具有代码安全保护功能，可分别设置读保护和写保护

●支持存储于Flash的指令和数据加密，以防止Flash内容被物理攻击

●97 Kbyte SRAM

➤时钟

●外部HSE：4~32 MHz，典型频率为8 MHz

●外部LSE：32.768 kHz

●片内HSI：8 MHz/56 MHz

●片内LSI：40 kHz

●PLL时钟

●芯片管脚输入时钟

➤DMA

●2个独立DMA控制器：DMA1和DMA2

●DMA1提供7路通道

●DMA2提供5路通道

●支持Timer、ADC、SPI、I2C、USART等多种外设触发

➤安全加密: CRC计算单元

➤数据通信接口

●6个USART：支持主同步SPI和调制解调器控制，具有ISO7816接口、LIN、IrDA能力、自动波特率检测和唤醒特性

●3个高速SPI：支持4至16个可编程比特帧和复用的I2S接口

●2个I2C：支持极速模式（1 Mbit/s）、SMBus和PMBus，可从停机模式唤醒

➤定时器

●1个高级控制定时器（TIM1/TIM8）

●5个通用定时器（TIM2/TIM3/TIM4/TIM5/TIM17）

●1个基本定时器（TIM6/TIM7）

➤日历 RTC，具有闹钟功能，可从停机 /待机模式周期唤醒

➤片内模拟电路

●3个12位的ADC：25个外部模拟信号输入通道，支持最高1 MSPS采样频率的自动连续转换和扫描转换

●1个温度传感器：模拟输出在内部连接到A/D转换器独立通道

➤定点数除法/开方运算单元

●RM Cortex-M4内核支持的绝大部分算术指令

●实现支持32单精度浮点运算

●支持多种自定义的32位及64位算术运算

➤可靠性

●通过HBM2000V/CDM500V/MM200V/LU等级测试

来源：航顺芯片
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审核编辑 黄宇